JP2011507291A - Ｌｅｄｄｉｅを有する発光体およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は電子成分、特にＬＥＤ ＤＩＥ（２）が存在する凹み（５）を有する透明プラスチック成形部分（１）からなる発光体を提供する。

Description

本発明は、電子成分、特にＬＥＤ ＤＩＥを含んだ凹みを有する透明プラスチック成形品からなる発光体およびその製造方法に関する。
常套の光源およびモジュール、例えば白熱バルブまたは省エネランプに対する別の概念は長い寿命とエネルギー効率について疑問がある。
白熱ランプは発光効率および熱の発生、並びに短い寿命について、効率が悪く、欠点がある。オーストラリアでは、近い将来、法律によって白熱バルブは市場から完全に取り除かれて、他の概念に置換される。
省エネランプは、より高いエネルギー効率を示すが、重金属含量、特に水銀のために環境負荷が高く、危険な廃棄物として廃棄しなければならない。
ＬＥＤは、上記のような欠点を有さず、超寿命でエネルギー効率の高い別の光源である。
ＬＥＤは、光源として、自動車工業、宇宙船、インテリアライト、外壁ライトにおいて使用が拡大している。
現在、別の光源：従来の光源が１：１として、ＬＥＤを確立することが現在考えられている。従って、ＬＥＤの開発は、より高いパワーとより高い明るさの方向に大きく向かっている。これらの高性能の要求と、付随する熱の発生は使用される材料について大きな挑戦である。ＬＥＤ ＤＩＥの発光は、一般に１５〜２０％であり、レンズシステムを使用することを必要とする。これは、構成成分として直接ＬＥＤに集積する一次光学、またはレンズまたはレンズシステムとしてその後のＬＥＤを組み合わせる２次光学を現在用いている。
ＬＥＤはプリント配線基板上に適用される。熱は集積またはその後の応用系で放出する。ＬＥＤ装備印刷配線基板は一般にプラスチックのハウジングにより湿気や埃から保護されてもよい。プラスチックハウジングはＬＥＤ出力の出口領域では透明であり、必要に応じてレンズ体としてデザインしてもよい。
マイクロエレクトロニクスにおいては、サポートエレメント、例えば印刷配線基板または導電性フィルムは半導体チップ（いわゆる、ＤＩＥ）を装備する。
平面状サポート表面を有しその上にＬＥＤ ＤＩＥまたは他の電子成分を配置したサポートエレメントを含むモジュールがこれまで知られており、一般的である。そのような配置はサポート表面およびその上に配置された成分の上面との間の形成ステップを必要とする。実際には、そのようなモジュールは取り扱いが困難であることがわかった。特に、配置は隣接構成成分（例えば、導電性トラック）を電子成分との電気的接続の形成のために不都合である。さらに、サポート表面への成分の正確な載置、例えばいわゆる「ピック・アンド・プレース」方法を利用する正確な載置が困難であるか、および／または高価で複雑な装置を利用して行う。
従って、本発明の目的は、上記欠点を回避し、電子成分を有する発光体であって、取り扱いが容易で、優れた発光特性を有し、かつ製造が容易で電子成分（ＬＥＤ ＤＩＥ）の支持体要素上に直接的な方法で正確な載置を可能にするものを提供することである。電気的接続の形成も簡単に行うことができるものでもある。
上記目的は、本発明の発光体によって達成されうる。
本発明の製造方法は、ＬＥＤ光要素をより経済的にかつより効率的に構造体要素に一体化する新しい可能性を提案し、それにより小さな搭載空間深さを達成する。
本発明は、成形品（５）が凹みを有し、凹み内にはＬＥＤ ＤＩＥが各々配置されていて、ＬＥＤ ＤＩＥの一面が成形品の上面とほぼ同一面であり、ＬＥＤ ＤＩＥは成形品上に配置されている導電体（３）を介して電源に接続されている、ＬＥＤ ＤＩＥ（２）を有する透明プラスチック成形品（１）からなる発光体を提供する。
本発明の発光体の利点は、望ましくは、その小さな装備空間深さであり、平坦な用途に有用である。自由度の高さも成形操作、特にプラスチック成形品が形成される射出成形において可能である。
成形品の凹みに電子成分（ＬＥＤ ＤＩＥ）を載置することは種々の利点を有する。例えば、電子成分（ＬＥＤ ＤＩＥ）がプラスチック成形品上に正確に載置できる。ＬＥＤ ＤＩＥを凹みに配置することは、更に、成形品の上面とＬＥＤ ＤＩＥの上面、即ち自由表面との間の高さの均一化をもたらす。
本発明の発光体の斜視図を示す。 凹みの斜視図を示す。 図２の凹みの断面図を示す。
凹みは、ＬＥＤ ＤＩＥの上面が成形品の上面とほぼ同一平面になるように形成される。このように凹みを形成することは、ＬＥＤ ＤＩＥが別のＬＥＤ ＤＩＥおよび／または導電体（３）との電気的接触が直接形成される利点を有する。プラスチック成形品の凹みは、好ましくは射出成形で形成され、底と底から成形品の上面に接続する側壁を有する。達成されるべき大きさで、機械的方法はその性能限界に達する。射出成形はプラスチック成形品の再生産性と経済的形成を可能にし、大規模生産を期待する。
プラスチック成形品は好ましくは透明プラスチック、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）およびポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスルフォン、高温安定ＰＣ（バイエル・マテリアルサイエンスＡＧからのＡｐｅｃ登録商標）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）（ＴｉｃｏｎａからのＴｏｐａｓ）からなる。透明、無着色材料の光透過性は、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも８５％、特に好ましくは少なくとも８９％（ＩＳＯ１３４６８−２によって１ｍｍ試験片厚さで測定した）を有するべきである。プラスチックは、優れたレオロジー特性、耐熱性、ＬＥＤ照射に対する耐性、機械的安定性および高い屈性率を有するべきである。本発明は光がプラスチック成形品から種々の方法で発光される用途への回答可能性を開いている。
好ましくは、ＬＥＤ ＤＩＥは発光した光が凹みの底部から照射するように凹みに載置される。このことは、ＬＥＤ ＤＩＥが成形品の上側、凹みの開口側に存在する導電トラックに容易に接続される利点を有する。
プラスチック成形品は好ましくはプラスチック保護フィルム、好ましくはポリカーボネートで凹みの開口側上を被覆しても良い。このフィルムはまた反射層を含んでもよい。
ＬＥＤ ＤＩＥが凹みに載置され、光が凹みの開口側から発光する場合には、ＬＥＤ ＤＩＥの二つのポールは凹みの底部の開口ポイント（これは例えばレーザーで凹みの底部に形成されても良い）を通って接続する。この場合、導電トラックは凹みの開口側からプラスチック成形品の反対側上に配置される。プラスチック成形品は好ましくは透明プラスチック保護フィルム、好ましくはポリカーボネートで凹みの開口側上をカバーして、ＬＥＤ ＤＩＥを保護する。
ＬＥＤ ＤＩＥが載置される前にプラスチック成形品上に適用される別の反射層は特に有用である。
ＬＥＤ ＤＩＥが凹みに載置されて、光が凹みの底部から照射されても良い。その場合、ＬＥＤ ＤＩＥの二つのポールは凹みの開口側上に導電性トラックによって接続される。
好ましくは、「フリップ−チップＬＥＤ」（ポールが片側にある）が用いられる場合、一つのポールは好ましくは凹みの開口側で接続し、もう一つのポールは反対側で導電性トラックによって（凹みの底部を通って）それぞれ接続される。
ＬＥＤ ＤＩＥと電源との通電のために用いられる導電性トラックは銅、銀、または金線から一般的に構成されても良い。しかし、好ましくは透明の導電性ポリマーを用いても良い。導電性ポリマーは好ましくはポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリパラフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリフルオレン、ポリアセチレン、特に好ましくはポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンフルフォネート（例えば、Ｈ．Ｃ．スターク（Ｓｔａｒｃｋ）からのＢａｙｔｒｏｎＰ）との組合せであってよい。
ナノ粒子（例えば、ナノシルバー、ナノゴールド）に基づく導電性インクを用いても良い。ナノメートル領域の金属粒子を満たしたインクを使用することによって、本質的に幾何学配列を有する導電性トラックを例えばインクジェット技術によってプラスチック上に印刷することができる。この場合２０μｍまたはそれ以下の導電性金属の線幅を達成するのが特に望ましい。この値より小さいと、構造は一般的に人間の目で見ることができず、導電性トラックによる混乱光学的効果を排除できる。
更に、ＣＮＴ（ＣＮＴ−カーボンナノチューブ、例えばバイエル・マテリアルサイエンスＡＧからのＢａｙｔｕｂｅｓ）を含むインクを導電性トラックに用いても良い。
また、導電性材料として、インジウム−錫酸化物を用いても良い。
ＬＥＤ ＤＩＥと導電性トラックとの間の電気的接続は例えば「ワイヤー・ボンディング」方法で形成しても良い。
プラスチック成形品はマイクロキャビティーの形態で複数の凹み（「受容凹み（reception well）」）を有してもよい。
凹みの側壁は、垂直、凸状または凹状であってよい。垂直状の側壁は、ＬＥＤ ＤＩＥの硬度に正確な受容を確保するために、特に有利である。
側壁は、垂直に底部に、または成形品の上側に延びていても良い。
また、側壁は成形品上部において１〜８９°の角度で面取をしていてもよい。
凹みの側壁として特に有用であるのは、底部に向かってテーパーを有し、その傾斜角が５〜８５°、好ましくは２０〜７０°、特に好ましくは約４５°である。
平面図におけるＬＥＤ ＤＩＥの形に応じて、凹みは長方形、円形または多角形を有してもよい。
凹み（受容凹み）は、断面階段状形態を有していてもよく、底部や成形品の上部に平行な少なくとも一つの段階状底部を形成しても良い。
ＬＥＤ ＤＩＥは流延材料によって凹み中に固定しても良い。流延材料は、樹脂、例えばエポキシ樹脂、２Ｋポリウレタン流延樹脂（バイエル・マテリアルサイエンスＡＧからＢａｙｇａｌやＢａｙｍｉｄｕｒ）を含んでもよい。この接着剤は好ましくは透明であって良い。必要であれば、接着剤は発光顔料（phosphorescent pigment;いわゆる、フォスファー）を含んでもよい。
発光体は、好ましくは以下の方法で製造される：
ａ）熱可塑性材料が製造されるプラスチック成形品のネガ印象を有する型内に射出成形によって導入されて、冷却後凹みを有する透明プラスチック成形品を型から取り出す。凹みの端部の長さは５０〜４０００μｍである。凹みの高さは特に好ましくは５０〜２００μｍである。凹みの大きさはＬＥＤ ＤＩＥの大きさに適合し、それは４０〜３８００μｍの端部長さを有する。
ｂ）導電体トラックを成形品上に、好ましくはスクリーン印刷またはインジェット技術で適用する。
ｃ）次に、ＬＥＤ ＤＩＥを成形品の凹みに置くか接着結合する。いわゆる、「フリップ−チップＬＥＤ（Flip-chip ＬＥＤ）」を用いるときには、ポールが一方の端部にあり、ＬＥＤ ＤＩＥが一方の端部で導電性トラックによって接続される。好ましくは、ＬＥＤ ＤＩＥのポールは凹みの開口側に存在し、この側で導電性トラックに接合される。
ｄ）最後に、必要に応じて反射層を有する任意のプラスチックフィルムをＬＥＤ ＤＩＥを装備した成形品上で凹みの開口側上に導電性トラックの保護層として形成する。
ｅ）発光体をプラグ結合を介して電源に接続する。
ＬＥＤ ＤＩＥが凹み中に載置されて、ポールが凹みの底部からでている場合には、以下の方法で行われる：
ａ’）熱可塑性材料がプラスチック成形品のネガ印象を有する型内に射出成形によって導入されて、冷却後凹みを有する透明プラスチック成形品を型から取り出す。凹みの大きさは５０〜４０００μｍの範囲である。
ｂ’）要すれば、反射層を凹みの開口側上に、要すればスクリーン印刷で適用する。
ｃ’）導電体トラックを凹みの開口側の成形品上に、好ましくはスクリーン印刷で適用する。
ｄ’）ＬＥＤ ＤＩＥを成形品の凹みに置くか接着結合し、二つのポールが凹み底部を通って導電体トラックに接続する。
ｅ’）任意のプラスチックフィルムをＬＥＤ ＤＩＥを装備した成形品上で凹みの開口側上に保護層として適用して導電性トラックを保護する。透明フィルムまたは透明プラスチック成形品は、また、凹みの開口部分に適用される。
ｆ’）発光体をプラグ結合を介して電源に接続する。
上記態様において、成形品を成形する前に、熱伝導添加剤を好ましくはプラスチックに添加して、ＬＥＤ ＤＩＥで発生した熱が効率的に消散する。
上記ｅ’で、発光体に必要に応じて適用される別の透明プラスチック成形品は、好ましくはマイクロレンズを有してもよく、マイクロレンズは一つのマイクロレンズが各々それにＬＥＤ ＤＩＥ上に配置されるようにする。
上記（焦点を合わせて効率を向上する）マイクロレンズを有するプラスチック成形品の他に、散光機を有するプラスチック成形品を用いて、点光源（ＬＥＤ ＤＩＥ）を有する光の代わりに「平面光（Flat light）」の印象を与える。
もし発光顔料（いわゆる、フォスファー）をプラスチックフィルムまたはプラスチック成形品に導入または適用した場合には、ブルーのＬＥＤ ＤＩＥを用いるときに例えば白色光が得られうる。種々の効果がフォスファーの使用により達成される。
ポールが片側に存在しないＬＥＤ ＤＩＥを用いるときには、発光体の製造方法は以下のようになる：
まず、凹みを有するプラスチック成形品を製造する。導電性トラックを成形品の両側に適用する。凹みにはＬＥＤ ＤＩＥを装備し、ポールが導電性トラックに接続される（各々の場合、凹みの開口側に一つのポールであり、凹みの底部を通って一つのポール）。電源によって、電流がＬＥＤ ＤＩＥにプラグ接合を介して、導電性トラックを通って供給される。
必要に応じて反射層を有するプラスチックフィルムが成形品の凹みの開口側に適用され、ＬＥＤ ＤＩＥが凹みの底部から光を発するようにするのが好ましい。
透明プラスチックフィルムまたは透明プラスチック成形品を好ましくは凹みの開口側に適用して、ＬＥＤ ＤＩＥが凹みの開口側から発光するようにしてもよい。
本発明の図面およびその説明を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の発光体の斜視図を示す。
図２は、凹みの斜視図を示す。
図２は、図２の凹みの断面図を示す。
図１に示されているように、ＬＥＤ２は１で示されるプラスチック成形品内の凹み５に載置される。
凹み５は、ＬＥＤ ＤＩＥが成形品の上側でほぼ均一面となるようにする。ＬＥＤ ＤＩＥのポール４、４’が接合されている導電性トラック３が成形品の上部に延びている。
図２はプラスチック成形品の凹み５の配置を詳細に示す。
図３は図２の凹みの断面を詳細に示す。

Claims (7)

  1. 成形品（５）が凹みを有し、凹み内にはＬＥＤ ＤＩＥが各々配置されていて、ＬＥＤ ＤＩＥの一面が成形品の上面とほぼ同一面であり、ＬＥＤ ＤＩＥは成形品上に配置されている導電体（３）を介して電源に接続されている、ＬＥＤ ＤＩＥ（２）を有する透明プラスチック成形品（１）からなる発光体。
  2. 前記ＬＥＤ ＤＩＥ（２）が流延材料によって凹み（５）内に固定されている請求項１記載の発光体。
  3. ａ）熱可塑性材料が製造されるプラスチック成形品のネガ印象を有する型内に射出成形によって導入されて、冷却後凹みを有する透明プラスチック成形品を型から取り出し、
    ｂ）導電体トラックを凹みの開口側の成形品上に、好ましくはスクリーン印刷で適用し、
    ｃ）ＬＥＤ ＤＩＥを成形品の凹みに置くか接着結合し、二つのポールが凹みの開口側上に存在し、この側で導電体トラックに接合され、
    ｄ）必要に応じて反射層を有する任意のプラスチックフィルムをＬＥＤ ＤＩＥを装備した成形品上で凹みの開口側上に保護層として形成し、
    ｅ）発光体をプラグ結合を介して電源に接続する、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の発酵体の製造方法。
  4. ａ’）熱可塑性材料が製造されるプラスチック成形品のネガ印象を有する型内に射出成形によって導入され、冷却後凹みを有する透明プラスチック成形品を型から取り出し、
    ｂ’）要すれば、反射層を凹みの開口側上に、要すればスクリーン印刷で適用し、
    ｃ’）導電体トラックを凹みの開口側の成形品上に、好ましくはスクリーン印刷で適用し、
    ｄ’）ＬＥＤ ＤＩＥを成形品の凹みに置くか接着結合し、二つのポールが凹み底部を通って導電体トラックに接続され、
    ｅ’）任意のプラスチックフィルムをＬＥＤ ＤＩＥを装備した成形品上で凹みの開口側上に保護層として適用して導電性トラックを保護し、
    ｆ’）要すれば、透明プラスチックフィルムまたは別の透明プラスチック成形品を凹みの開口側上で成形品に適用し、
    ｇ’）発光体をプラグ結合を介して電源に接続する、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の発酵体の製造方法。
  5. ａ'’）熱可塑性材料が製造されるプラスチック成形品のネガ印象を有する型内に射出成形によって導入されて、冷却後凹みを有する透明プラスチック成形品を型から取り出し、
    ｂ''）導電体トラックを凹みの開口側および反対側の成形品上に、好ましくはスクリーン印刷で適用し、
    ｃ''）ＬＥＤ ＤＩＥを成形品の凹みに置くか接着結合し、一つのポールが凹みの開口側上に存在し、この側で導電体トラックに接合され、そして一つのポールが凹みの底部を通って導電性トラックと接合し、
    ｄ''）発光体をプラグ結合を介して電源に接続する、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の発酵体の製造方法。
  6. 必要に応じて反射層を有するプラスチックフィルムを成形品の凹みの開口部に適用され、ＬＥＤ ＤＩＥが凹みの底部を通して発光する、請求項５記載の製造方法。
  7. 透明プラスチックフィルムまたは透明プラスチック成形品が凹みの開口側上で成形品上に適用され、ＬＥＤ ＤＩＥが凹みの底部を通して発光する、請求項５記載の製造方法。
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